Die glorreichen 14 des Planeten Nine

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

hier wurde die neueste Arbeit The Planet Nine Hypothesis (Konstantin Batygin, Fred C. Adams, Michael E. Brown, Juliette C. Becker) über den Planeten Nine vorgestellt, und hier wird auch schon Bezug genommen über die 14 extremen KBO, die herangezogen werden, um die Idee des Planeten Nine zu erklären.

Dazu heisst es auf Seite 16:

As illuminating as mapping of the a < 100AU domain of Kuiper belt may have been, an important aspect of its architecture is that very little of it is anomalous – that is, the vast majority of the observations can be readily understood as being a consequence of gravitational sculpting facilitated by the known giant planets of the solar system. Remarkably, the same statement does not hold true for trans-Neptunian objects with semi-major axes in excess of a >~ 250AU.

Und im Anschluss daran wird auch die Auswahl der glorreichen 14 genannt:

A diagram depicting the fourteen presently known6 long-period KBOs with a >= 250AU, q >= 30AU, and i <= 40 deg is presented (…)

Die Auswahl dieser zugrundeliegenden extremen KBO variiert also mit jeder Publikation dazu, zumindest gefühlt habe ich den Eindruck, dass es sich immer um 14 Exemplare handelt. In der vorliegenden Auswahl wurde das Perihel grosszügiger bis zum Neptun abgesenkt, dafür ist man strenger bei der Bahnneigung.

Das hat auch zur Folge, dass Juliette Beckers Liebling, der KBO 2015 BP₅₁₉ "Caju", der doch eigentlich auch den Planeten Nine unterstützt, zumindest an dieser Stelle nicht genannt wird, da seine Bahnneigung i mit ~ 55° viel grösser als die genannten 40° ist; er wird aber ab Seite 23 angesprochen, wobei ich mit meiner Lektüre dieser umfangreichen und lesenswerten Arbeit noch nicht so weit fortgeschritten bin.


Freundliche Grüsse, Ralf

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

als nächste möchte ich diese "glorreichen 14" vorstellen.

Ausgangspunkt sind meine 12 Lieblings-Planetoiden in unserem Sonnensystem, nämlich diejenigen, deren Perihel jenseits der Kuiper-Klippe bei ~47 AU liegt.

Von denen gibt es drei Gruppen, wobei noch nicht ganz geklärt ist, ob es sich nicht vielleicht doch nur um 2 Gruppen handelt.

Historisch wurden die einen als "Inner Oort Cloud"-Planetoiden bezeichent, siehe hierzu das Entdeckungspaper der Sedna: Discovery of a candidate inner Oort cloud planetoid (Michael E. Brown, Chadwick Trujillo, David Rabinowitz)

Neben der Sedna wird hier auch der KBO (148209) 2000 CR₁₀₅ genannt; der Umstand, dass seine Grosse Halbachse a nur ~218 AU beträgt, hat zur Folge, dass er zwar von den meisten Autoren als "extreme" bezeichnet wird, weil seine Grosse Halbachse weiter als 150 AU ist, aber nicht als "extrem" genug, dass er für den P9 herhalten könnte.

Wie auch immer: diese Planetoiden wurden damals als Inner Oort Cloud-Planetoiden bezeichnet und umfassten 2 Gruppen, nämlich die innere Gruppe mit (148209) 2000 CR₁₀₅, dem ebenfalls früh entdeckten KBO (474640) 2004 VN₁₁₂, der zu den glorreichen 14 gehört, sowie deren "Rekordhalter" (was die Höhe des Perihels bei gut 50 AU anbelangt) 2013 SY₉₉, der Insidern vielleicht noch als "L91" bekannt ist, eine Abkürzung, die aus seinem Beobachtungsprotokoll-Namen "uo3L91" kommt. Auch er gehört zu den "glorreichen 14", wobei allerdings anzumerken ist, dass deren Entdecker der Meinung sind, dass er und die anderen Vertreter der Inner Oort Cloud-Planetoiden der inneren Gruppe den Planeten Nine nicht unterstützen.

Ich zitiere aus dem zweifelsohne sehr lesenswerten Entdecker-Paper OSSOS: V. Diffusion in the orbit of a high-perihelion distant Solar System object (Michele T. Bannister, Cory Shankman, Kathryn Volk et al.):

Similar behaviour is seen by Shankman et al. (2017) for other extreme TNOs under the Batygin & Brown (2016) planet parameters. The removal from the detectable volume and high ejection fraction of 2013 SY₉₉ clones thus requires an enormous population of cycling TNOs to permit the detection of 2013 SY₉₉

Bemerkung: fett hervorgehoben durch mich

Die übrigen Mitglieder der Inner Oort Cloud-Planetoiden der inneren Gruppe mit Perihelen jenseits der Kuiper-Klippe sind 2010 GB₁₇₄ und 2014 SR₃₄₉. Auch die gehören zu den "glorreichen 14". Auch bei den Klippen-Seglern (45 <= q <= 47) findet man einen solchen Planetoiden, das ist der KBO 2015 RX₂₄₅, der ebenfalls zu den "glorreichen 14" gehört.

Die andere Gruppe Inner Oort Cloud-Planetoiden haben höhere Perihele, das sind die Sednoiden, also die Sedna selber, dann die "kleine Sedna" 2012 VP₁₁₃, dem Planetoiden mit dem höchsten bekannten Perihel in unserem Sonnensystem, sowie "The Goblin", das ist 2015 TG₃₈₇; sie gehören ebenfalls zu den "glorreichen 14".


Die dritte Gruppe von Hoch-Perihel-Objekten unseres Sonnensystems sind indes keine Inner Oort Cloud-Planetoiden, sondern von günstigen Umlaufbahnresonanzen (MMR = mean motion resonance) zum Planeten Neptun sowie der Kozai-Resonanz (KR), die bei hohen Bahnneigungen eine wesentliche Rolle spielt, z.B. 2004 XR190 (i = 46.8°) sowie (523635) 2010 DN93 (i = 40.6°), stabilisierte Planetoiden, das sind also die "MMR+KR"-Planetoiden. Aufgrund ihrer 5:2-, 8:3-, 3:1- sowie 4:1 Umlaufbahn-Resonanzen können sie aber (3.Kepler'sches Gesetz !!) keine extremen Umlaufbahnen haben. Allerdings ist bemerkenswert, dass es unter diesen "MMR+KR"-Planetoiden immerhin 4 Exemplare gibt, die sich im hydrostatischen Gleichgewicht befinden dürften, also recht gross sind, nämlich jenseits der Kuiper-Klippe die KBO 2014 FC₇₂ und die "Buffy" selber, also 2004 XR₁₉₀, sowie unter den Klippen-Seglern die beiden KBO (145480) 2005 TB190 und (523635) 2010 DN93. Wie gesagt - sie gehören wegen ihrer zu engen Grossen Halbachsen nicht zu den "glorreichen 14".

Verbleibt noch der KBO 2014 SS₃₄₉; trotz seiner hohen Exzentrizität von 0.7 und seiner Grosse Halbachse bei beinahe 150 AU gehört er wohl nicht zu den Inner Oort Cloud-Planetoiden der inneren Gruppe, sondern eher zur "MMR+KR"-Gruppe, dafür spricht auch seine hohe Bahnneigung i von über 48°. Sein Fall wird u.a. hier im Abschnitt 6.2 auf Seite 21 diskutiert: New Extreme Trans-Neptunian Objects: Towards a Super-Earth in the Outer Solar System (Scott S. Sheppard and Chadwick Trujillo)


Somit sind das die "glorreichen 14 des Planeten Nine":

1. Sednoiden
"kleine Sedna" 2012 VP₁₁₃ ("Biden")
Sedna
2015 TG₃₈₇ ("The Goblin")

2. detached extreme KBO:
2013 SY₉₉
2010 GB₁₇₄
2014 SR₃₄₉
(474640) 2004 VN₁₁₂
2015 RX₂₄₅

3. scattered extreme KBO:
2013 FT28 (q=43.45 AU)
2015 KG163 (q=40.50 AU)
2015 GT50 (q=38.48 AU)
2014 FE72 (q=36.37 AU)
2013 RF98 (q=36.07 AU) und
(523622) 2007 TG422 (q=35.55 AU)


Bemerkung: Platz 4 der "Perihel-Hitparade unseres Sonnensystems" geht derzeit an den KBO 2014 FZ₇₁ mit q bei fast 56 AU; mit einer MMR von 4:1 gehört er aber zu den MMR+KR-Planetoiden der Gruppe um die Planetoiden "Buffy" (Platz 6; 8:3-Resonanz und i = 46.8°) und 2014 FC₇₂ (Platz 5; 4:1-Resonanz), zu denen auch die beiden MMR+KR-Planetoiden 2015 FJ₃₄₅ (Platz 7; 4:1-Resonanz)) und 2015 KQ₁₇₄ (Platz 9; 5:2-Resonanz) gehören.

Seien der Vollständigkeit halber auch noch alle MMR+KR-Planetoiden bei den Klippen-Seglern genannt; das sind neben den beiden bereits genannten KBO im hydrostatischen Gleichgewicht, (145480) 2005 TB190 in einer 4:1-Resonanz sowie (523635) 2010 DN93 in einer 8:3-Resonanz mit i=40.6°, die Kuipergürtel-Planetoiden 2014 JM₈₀, 2013 FQ₂₈ sowie 2013 SK₁₀₀, die sich alle drei in einer 3:1-Resonanz zum Planeten Neptun befinden.


Freundliche Grüsse, Ralf

[Alex74]

Für jemanden, der die Threads zu P9 nicht ganz genau verfolgt (und dem nicht jedes Fachwort darin etwas sagt):
Könnte jemand erklären, ob die jetztig bekannten, hier genannten Objekte, mittlerweile die P9-Hypothese eher gestärkt oder eher relativiert haben? Wie wahrscheinlich ist auf Basis dieser Objekte und deren Orbits die Existenz von P9 aktuell einzuschätzen?

[Herr Senf]

Brown hat ausgerechnet, daß die Konstellation nur zu 0,2% Zufall sein kann. Wären sich also mit 99,8% so was von sicher!

[MGZ]

Brown hat ausgerechnet, daß die Konstellation nur zu 0,2% Zufall sein kann. Wären sich also mit 99,8% so was von sicher!

Viele 0,2% Wahrscheinlichkeiten sind nur Fluktuation. Außerdem gibts noch die Option auf mehrere schwere Objekte da draußen oder neue Physik.

[ralfkannenberg]

Für jemanden, der die Threads zu P9 nicht ganz genau verfolgt (und dem nicht jedes Fachwort darin etwas sagt):
Könnte jemand erklären, ob die jetztig bekannten, hier genannten Objekte, mittlerweile die P9-Hypothese eher gestärkt oder eher relativiert haben? Wie wahrscheinlich ist auf Basis dieser Objekte und deren Orbits die Existenz von P9 aktuell einzuschätzen?

Hallo Alex,

man hat hier zwei "unversöhnliche" Lager und jedes reklamiert für sich, recht zu haben.

Auf der einen Seite Mike Brown, der da ständig mit neuen "extremen" Planetoiden, die geclusterte Bahnelemente aufweisen, um sich wirft, und auf der anderen Seite das OSSOS-Team, welches die Meinung vertritt, dass Mike Brown einem Beobachter-Auswahleffekt aufgesessen ist, oder anders formuliert: dass man mit den heutigen Himmelsdurchmusterungen diese geclusterten Planetoiden leichter entdeckt.

Tatsächlich ist diese "Diffusion der Grossen Halbachsen" ein mächtiges Instrument, die Perihele so anzuheben, mit dem Resultat, dass die alle detached extreme KBO mit q <~ 50-60 AU ohne einen P9 auskommen ! Meiner Einschätzung nach wird das das Killer-Argument gegen den P9 werden und es ist - wie im Entdeckungspaper der 2013 SY99 angedeutet, durchaus möglich, dass verbesserte Simulation auf leistungsstärkeren Maschinen auch die Umlaufbahnen der 3 Sednoiden mithilfe dieser Diffusion der Grossen Halbachsen erklären können.

Kommt hinzu, dass die OSSOS-Leute in ihren Simulationen gezeigt haben, dass so ein P9 die grosse Mehrzahl dieser detached extreme KBO mit q <~ 50-60 AU aus dem Sonnensystem herrauskatapultieren würde, so dass es also eine viel grösser als bislang angenommene Population von denen braucht, um die heutige Anwesenheit der bisher entdeckten erklären zu können.


Wo das Team um Mike Brown noch eine gute Chance zur "Rettung" der P9-Hypothese hat, das sind die hochgeneigten Zentauren, weil diese ebenfalls von der P9-Hypothese vorhergesagt werden und sich das OSSOS-Team meines Wissens nicht mit denen beschäftigt, also "Niku", "Drac" und Co.

Und was "Caju" anbelangt - er ist der einzige KBO mit q>=30 AU, a>= 250 AU und i>=40° - das habe ich noch nicht gelesen.


Freundliche Grüsse, Ralf

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

ich sollte noch erwähnen, dass die Thread-Überschrift keineswegs spöttisch gemeint ist, vielmehr habe ich mich hier an die Wortwahl des viert-, fünft- und sechsthellsten im optischen Licht sichtbaren Pulsares gehalten, die man als "die drei Musketiere" bezeichnet.


Freundliche Grüsse, Ralf

[Alex74]

Diese 99,8% stammen doch noch von Browns erstem Postulat. Was ich meine ist: was hat sich seither verändert durch die Entdeckung der neuen Objekte?

@Ralf: sorry, Dein Beitrag wurde mir eben nicht angezeigt oder ich hatte ihn übersehen. Danke jedenfalls!

[ralfkannenberg]

Diese 99,8% stammen doch noch von Browns erstem Postulat. Was ich meine ist: was hat sich seither verändert durch die Entdeckung der neuen Objekte?

Hallo Alex,

verändert hat sich, dass hüben wie drüben weitere Publikationen erstellt wurden, d.h. solche, die den P9 nahelegen und solche, die den P9 nicht so nahe legen.

Und da Mike Brown seine Kommentare meist auf Medien kommuniziert, die bei mir im Büro nicht freigeschaltet sind (Twitter o.ä.), kann ich diese nicht lesen. Das ist aber nicht weiter schlimm, da diese "Medien" primär dem Mitteilen der persönlichen Meinung dienen und das ist längst ziemlich unübersichtlich geworden. Deshalb ist es einfacher, sich auf offizielle Publikationen zu konzentrieren.


Freundliche Grüsse, Ralf

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

wie zuvor gesehen sieht es mit den extreme detached und möglicherweise IOC's ("Sednoiden") nicht so gut aus, was den P9 anbelangt, auch wenn diese Planetoiden der Ausgangspunkt für all' diese Überlegungen betreffend eines zusätzlichen Super-Erde-Planeten waren.

Aber hier sind ja noch zwei Schlupflöcher.

Schlupfloch Nr.1: retrograde Zentauren

Wo das Team um Mike Brown noch eine gute Chance zur "Rettung" der P9-Hypothese hat, das sind die hochgeneigten Zentauren, weil diese ebenfalls von der P9-Hypothese vorhergesagt werden und sich das OSSOS-Team meines Wissens nicht mit denen beschäftigt, also "Niku", "Drac" und Co.

Dazu habe ich folgende Publikation gefunden:

Discovery of A New Retrograde Trans-Neptunian Object: Hint of A Common Orbital Plane for Low Semi-Major Axis, High Inclination TNOs and Centaurs (Ying-Tung Chen, Hsing Wen Lin, Matthew J. Holman et al.)


Bis auf Seite 7 sieht es ja noch ganz gut für den P9 aus, auch da findet man ein Clustering:

we observe that there is a clustering in the ascending node (Ω) of the objects, regardless of whether the orbit is prograde or retrograde (see Figure 2 and 3). The ascending node of the prograde orbits ranges between 45° and 95°; the ascending node of the retrograde orbit ranges between 243° and 282°. These two ranges are planar opposite, which means the orbits of these six objects occupy an approximately common plane. Note that the angular momenta of the prograde and retrograde orbits are antialigned. If we change the selection criteria to include all objects with q > 5 and i > 60°, then we no longer see any obvious clustering in (see Figure 2).

Und es kommt nur eine Seite später noch besser für den P9:

After a million iterations, the probability of getting six objects in a common plane is 0.016%, or about 3.8-sigma. Furthermore, the explanation that the common plane is merely a coincidence becomes even more implausible if we consider (a) other orbital parameters and (b) the dynamical behavior of the objects.

Und noch besser - aber Ihr ahnt es schon, das Blatt wird sich in Kürze gegen den P9 wenden:

Alternatively, one might consider that a distant and inclined primordial disk could be a feeding objects into this high-inclination population. However, any clustering of their ascending nodes would likely be erased within a few Myr by the orbital precession discussed in Section 3.

Zuvor aber noch ein kleines Zwischenspiel für einen Daten-Pedanten wie mich:

We note that 2009 MS9 does not occupy the common plane discussed above, but 2008 KV42 does orbit within this plane.

Bemerkung: original "kursiv" durch "fett ersetzt, weil Zitate immer kursiv sind


Doch nun kommt ab Seite 10 das Kapitel 4.3. Planet Nine or Dwarf Planet:

but inserting the proposed Planet Nine (Batygin & Brown 2016), is not able to maintain the common orbital planet of the test particles over any significant time scale, i.e. the orbital precession still erases the Ω clustering quickly.

Und es kommt noch schlimmer für den P9:

We note that the simulations in Batygin & Brown (2016), provide a source of high-i and large-a TNOs with a clustered distribution of Ω. Their cluster has an “X” shape composed of two common planes, and we stress that neither of which are coincident with the plane in Figure 3. Moreover, even if the objects which occupy our common place did somehow originate from this “X” shape, the Ω clustering would still be expected to vanish due to precession, and hence some mechanism to confine the orbits would be required.

Und nun kommen wir zum "Höhepunkt":

The detailed exploration of such an unknown mechanism is beyond the scope of this Letter, but as indicated in Section 4.3, we established through numerical integrations that the putative Planet Nine was unable to explain the orbital confinement.

Aber natürlich ist noch nicht alle Hoffnung verloren:

A more detailed set of investigations is required to understand whether this common orbital plane is dynamically robust and long-lived, and if so, what mechanisms contribute to its longevity.

Schlupfloch Nr.2: Caju
Und natürlich Caju; dazu findet man in seinem Entdeckungspaper etwas. Und der dritte Sednoid "The Goblin" hat auch dieses Clustering und stört sich wenigstens nicht weiter am P9, wie man seinem Entdeckungspaper entnehmen kann.


Freundliche Grüsse, Ralf